[发明专利]一种三维MIM电容器的制备方法

说明书

一种三维MIM电容器的制备方法，属于电容器技术领域。该三维MIM电容器包括三维多孔金属底电极，以及形成于三维多孔金属底电极的孔隙和表面的全致密绝缘介层，形成于全致密绝缘介层之上的金属顶电极；其中，金属底电极中三维多孔的孔径范围为1μm～5μm。首先通过阳极氧化制备出多孔金属基底，然后通过高温氧化在金属基底表面制备得到绝缘介质层，最后通过磁控溅射在绝缘介质层表面制备顶电极。本发明方法简单，成本低廉，得到的多孔金属基底比表面积增大，有效的提升了MIM电容器的性能。

技术领域

本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种三维MIM(金属-绝缘体-金属)电容器的制备方法。

背景技术

随着集成电路工艺的发展，集成电路不断提高。1959年，一块商用的硅片只包含一个电路，到1964年增加到十个电路，1970年又增加到大约一千个电路，再到如今上亿的晶体管装置，这其中无源元件(例如，电容器、电感、电阻、二极管)已成为制约电子产品发展的主要瓶颈，因此薄膜化、集成化是无源电子元件发展的必由之路。

电容器在集成电路中具有广泛的应用。过去，这些电容器装置使用多晶硅-绝缘层-多晶硅(PIP)结构或金属-氧化物-硅(MOS)衬底结构。然而，这两种结构都会产生寄生电容，非金属电极也会产生较大的耗散电阻。金属-绝缘体-金属(MIM)结构电容器使用金属作为两个电极，从而有效降低了电容器两极的寄生电容和接触电阻。因此，高导电、高电容密度的MIM电容器已成为替代传统集成电路电容器的新型电容器。

根据电容公式

可以看出，要得到大的MIM电容值，考虑到芯片集成度的问题，通过提高MIM单位面积的电容即电容密度来提高电容值。目前主要采用以下三种方式：第一，通过减小MIM电容器介质层厚度d实现；第二，选用高介电常数材料；第三，提高电容器比表面积A。但是，过去大多数研究是利用ALD(原子层沉积)技术通过选用高介电常数材料以及减小MIM电容器介质层厚度d实现，这种方式成本昂贵不能满足大规模的生产需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种简单低廉的三维MIM电容器的制备方法。本发明采用阳极氧化制备高比表面积的底电极，然后通过酸蚀去除表面不致密的氧化层，最后氧化、溅射制备出多孔金属底电极/全致密绝缘介层/固态顶电极的结构的三维MIM电容器。相比于现有技术，本发明方法可根据阳极氧化参数灵活设计多孔电容器的结构；环境友好且成本低廉，利于大规模的推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种三维MIM电容器，其特征在于，包括三维多孔金属底电极，以及形成于三维多孔金属底电极的孔隙和表面的全致密绝缘介层，形成于全致密绝缘介层之上的金属顶电极；其中，金属底电极中三维多孔的孔径范围为1μm～5μm。

进一步地，所述三维多孔金属底电极为镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)等，厚度为0.1mm～0.5mm。

进一步地，所述三维多孔金属底电极的孔为规则或不规则的孔，比如圆孔、方形孔等。

进一步地，所述全致密绝缘介层为氧化镍(NiO)、三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化铪(HfO₂)、二氧化锆(ZrO₂)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、五氧化二铌(Nb₂O₅)等。

进一步地，所述金属顶电极为铜(Cu)、铂(Pt)、钛(Ti)、银(Ag)等。

一种三维MIM电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：